EP0386009B1 - Oberflächenwellenanordnung mit konversionsstruktur zur vermeidung unerwünschter reflektierter wellen - Google Patents

Oberflächenwellenanordnung mit konversionsstruktur zur vermeidung unerwünschter reflektierter wellen Download PDF

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EP0386009B1
EP0386009B1 EP88907630A EP88907630A EP0386009B1 EP 0386009 B1 EP0386009 B1 EP 0386009B1 EP 88907630 A EP88907630 A EP 88907630A EP 88907630 A EP88907630 A EP 88907630A EP 0386009 B1 EP0386009 B1 EP 0386009B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
wave
surface wave
strips
arrangement according
substrate body
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP88907630A
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English (en)
French (fr)
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EP0386009A1 (de
Inventor
Bernd Fleischmann
Gerd Riha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0386009A1 publication Critical patent/EP0386009A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0386009B1 publication Critical patent/EP0386009B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
    • H03H9/02685—Grating lines having particular arrangements
    • H03H9/02771—Reflector banks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02842—Means for compensation or elimination of undesirable effects of reflections
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02614—Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves
    • H03H9/02629—Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves of the edges

Definitions

  • the present invention relates to a surface wave arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • the present invention is based on the idea, at least as far as possible, of avoiding the use of a sump made of organic material, which is known per se, or at least significantly reducing the amount of such material known to be used in the prior art to achieve this effect.
  • the considerations for this led to the idea that a completely different principle should already be used.
  • the other principle on which the invention is based is to provide the opposite in principle instead of the inelastic perturbation of such surface waves, namely to utilize elastic perturbation of such waves, but with the addition of converting such an undesirable surface wave into another form. This is preferably the shape of the bulk wave.
  • the occurrence of bulk waves is extremely undesirable per se and in the present invention the measures are taken such that the bulk waves deliberately generated with the conversion in the substrate body assume such a direction or such a propagation that they are suitable for the effective surface wave propagation range Transducer and / or reflector structures can not cause a disadvantage.
  • the surface waves converted into bulk waves run as bulk waves at such an angle away from the substrate surface that these bulk waves in particular in the area of the inelastic damping adhesive with which the substrate body is usually attached to the base or in the housing.
  • a conversion structure used according to the invention is, for example, a raised structure on the surface of the substrate body, namely in the surface regions in which the occurrence of surface waves is undesirable in any case.
  • This structure can, for example, be made of material applied to the surface, such as metal, but also silicon dioxide and similar material.
  • deepened, for example etched, structures can also be provided as a surface disturbance of the substrate body.
  • Such a conversion structure preferably consists of finger strips, for example of metal, as are used, for example, for reflector structures of a surface wave arrangement. Essentially, such strips are made to run orthogonally or obliquely to the direction of wave propagation of the surface areas in the transducer and / or reflector structure. Such strips can also be curved.
  • the individual strips can have interruptions, so that such strips are linear structures, for example broken down into dots.
  • the strips themselves can be arranged equidistantly, periodically distributed and / or distributed according to a random distribution. Equidistant distribution is easy to understand. Periodic distribution has the advantage of clarity of a recorded frequency range. Random distribution favors the avoidance of undesired singular digits.
  • US-A-4 268 808 should also be mentioned regarding the term “conversion structure”.
  • the arrangement described there which works with acoustic waves, uses conversion structures for converting surface waves into BAW plate mode waves running in the volume of the substrate and for converting these waves back into surface waves.
  • the conversion structures used for the filter of this document are components of this arrangement which are necessary for the filter function, that is to say without these structures, the filter of US Pat. No. 4,268,808 is no longer functional as intended.
  • the conversion structures there there must necessarily be arranged in the path of the acoustic waves of the filter between the (surface wave) input converter and the output converter.
  • the conversion structure used according to the invention must first of all be arranged outside the mutual range of action of the input converter and output converter, namely in a region of the substrate in which the occurrence of the (functionally essential) surface waves is undesirable , and secondly may only be effective for those surface wave components that are otherwise undesirable to be eliminated by a sump or the like.
  • FIG. 1 denotes the usual substrate body of a surface wave arrangement.
  • This substrate body 2 has the lateral surfaces 3 and 4 and the end face 5, which is designed as chamfered as usual. Of these surfaces 3, 4 and 5, only the edges at the edge of the surface of the substrate body 2 can be seen in the top view of FIG. 1.
  • 11 denotes a conventional transducer structure present on the substrate body, specifically that transducer structure, that is closest to the right end of the substrate body shown in FIG. 1.
  • a surface wave SAW running in the specified direction x from the transducer 11 onto the end face 5 would experience reflection at this end of the substrate body 2.
  • the oblique direction of the end face 5 greatly reduces the interference influence of the reflection, but due to multiple reflections, a certain proportion of the surface wave energy which has emerged from the transducer 11 in the direction x returns to the surface wave arrangement.
  • the conversion structure 12 is provided which, as shown, is designed in the form of a strip and consists of disturbances in / on the surface of the substrate body 2 which are effective for the surface acoustic wave SAW.
  • these strips 13 can be metallization strips, as are also used for the fingers of the transducer 11.
  • this can also be strips 13 of applied silicon dioxide, aluminum oxide and the like.
  • such strips can also be grooves, trenches or the like etched into the surface of the substrate body 2.
  • Such a conversion structure 12 consists of a multiplicity of strips running adjacent to one another at a distance from one another, although only a number of such strips are shown in FIG.
  • a special strip shape is indicated by 113, which consists of strips interrupted in the longitudinal direction in such a way that such strips are resolved from dots in sequences as shown.
  • these dots can be arranged so as to be distributed in relation to one another in the direction of the strips, specifically neighboring strips compared to one another.
  • the strips 13, 113 are aligned essentially orthogonally to the direction of propagation x of the surface wave SAW.
  • FIG. 2 shows an embodiment similar to FIG. 1 with reference numerals which, insofar as they have already been described for FIG. 1, also have the same meaning in FIG. 2.
  • the conversion structure 22 exists in the embodiment according to FIG. 2 from strips 13, which, however, are oriented obliquely to the direction of wave propagation x. For the embodiment according to FIG. 2, these strips can also be realized by dot sequences 113.
  • FIG. 3 shows a further embodiment with curved strips 213 of the conversion structure 32.
  • the conversion structure 32 can also consist of respective dot sequences, as has already been explained in relation to the preceding embodiments.
  • FIG. 4 serves to facilitate the dimensioning of a conversion structure provided according to the invention for the person skilled in the art.
  • Figure 4 is a side view in which the raised strips 13, e.g. Metallization strips, shown in cross section. Two fingers 111 of the transducer structure 11 are additionally shown.
  • the raised strips 13, e.g. Metallization strips shown in cross section.
  • Two fingers 111 of the transducer structure 11 are additionally shown.
  • a surface wave SAW extending from the transducer 11 in the surface in the direction x is disturbed by the strips 13 of the conversion structure 12.
  • This disturbance can be imagined in such a way that a cylinder wave is emitted into the substrate body 2 forming the lower half-space at one edge H of each strip 13. Due to the longitudinal extent of the strips 13, there is a cylindrical symmetry for such a wave generation.
  • Such wave generation takes place on each individual strip 13. Assuming an equidistant periodicity P of the arrangement of the strips 13 on the surface of the substrate body 2, there is an interference behavior of the surface wave disturbed at the edges of the respective strips 13, so that a wave is generated by the Vector v ß is represented.
  • Such a wave, indicated by 40, is a bulk wave in the substrate body 2, which was generated by the surface wave SAW, namely because of the presence of these surface defects.
  • the energy of this bulk wave 40 comes from the energy of the SAW wave, so that the SAW wave corresponds to that provided according to the invention Conversion can be made to disappear.
  • V SAW is the speed of the surface wave SAW in the material of the substrate body
  • v * is a speed of the bulk wave, as V max of the wave mode which is the highest Has the speed of sound in the material of the substrate body 2 or as V BAW , namely the speed of the slowest bulk wave (bulk acoustic wave), which contributes significantly to the surface wave SAW.
  • V BAW the speed of the slowest bulk wave
  • the speed value of the horizontally polarized volume shear wave must be used for the speed V BAW .
  • a conversion structure, measured at the speed V BAW and used according to the invention, enables maximum attenuation per wavelength or optimal avoidance of the occurrence of surface waves otherwise reflected at the edges of the substrate body to be achieved.
  • a conversion structure of the invention dimensioned with V max does not quite achieve the optimal attenuation values, but this conversion structure is inherently less reflective.
  • the correction factor contained in this equation results from the vectorial addition of the wave number vector k SAW (which is proportional to the reciprocal speed 1 / V SAW ) and the wave number vector k of the volume wave in question.
  • the vector k SAW also has the direction of the main wave propagation direction x.
  • This addition has the vector sum where the vector direction for k Go is equal to the direction orthogonal to the strips inclined according to FIG. 3 with angle ⁇ .
  • This results in the correction factor which for ⁇ is equal to 0 as well as cos ⁇ has the value equal to 1 and which can be disregarded for smaller angles in particular if one has not particularly approached the optimum for "smaller” with regard to the dimensioning for p with "smaller".
  • FIG. 4 shows how a bulk wave 40 at an angle ⁇ to the surface passes through the substrate body 2 to the lower surface 41 of the relatively thin substrate body 2. From there, an energy portion of the bulk wave 40 can reach the adhesive layer 42 with which the substrate body 2 contacts the base 43 of the housing is glued.
  • One embodiment of the invention is to provide equidistant dimension P. As said, this is a structure 12 which, taking into account the angle ⁇ , corresponds to the periodicity of the wave propagation of the bulk wave 40, namely the wave 40 with the frequency f that is predetermined by the SAW wave of the transducer structure 11.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenwellenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Oberflächenwellenanordnungen mit Wandler- und/oder Reflektorstrukturen auf piezoelektrischem Substratkörper sind hinlänglich bekannt.
  • Es ist üblich, zur Vermeidung von Störungen, hervorgerufen durch an den Kanten des Substratkörpers reflektierten Oberflächenwellen, die Kanten bzw. Stirnflächen des Substratkörpers und die diesen Kanten benachbarten Oberflächenbereiche desselben mit einem akustisch unelastischen, d.h. dämpfenden Material, zu beschichten. Ein solches Material dient als Sumpf für Oberflächenwellen. In einen solchen Sumpf hineinlaufende Oberflächenwellen werden dort absorbierend gedämpft und werden insbesondere nicht wieder reflektiert. Dieser Wegfall einer Reflexion bewirkt, daß die gewollte Oberflächenwellen-Ausbreitung in vorgesehener Weise erfolgt.
  • Obwohl diese Methode vom Standpunkt der Wellenausbreitung gesehen ein an sich zufriedenstellendes Ergebnis liefert, sind mit einer solchen Maßnahme dennoch Nachteile verbunden. Das Material für einen solchen Sumpf ist in der Regel organisches Material, das nicht frei von Kontaminationswirkung auf die übrige Substratoberfläche ist. Selbst geringe Kontaminationen der Substratoberfläche im Bereich der vorgesehenen Oberflächenwellenausbreitung kann aber zu ganz gravierenden Störungen führen, und zwar insbesondere deshalb, weil zum einen ein solcher Sumpf eine relativ große Oberfläche eines solchen organischen Materials darstellt und zum anderen dieses Material dicht benachbart den kontaminationsfrei zu haltenden Oberflächenbereichen des Substratkörpers ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Maßnahme zu finden, mit der das durch Reflexion von Oberflächenwellen an Substratkanten an sich mögliche Entstehen reflektierter Oberflächenwellen in Oberflächenbereichen des Substratkörpers, wo das Auftreten von Oberflächenwellen an sich nicht erwünscht ist, zu vermeiden ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, wenigstens nach Möglichkeit die an sich bekannte Verwendung eines Sumpfes aus organischem Material zu vermeiden oder zumindest die nach dem Stand der Technik zur Erzielung dieser Wirkung bekanntermaßen verwendete Menge solchen Materials ganz erheblich zu vermindern. Die dazu angestellten Überlegungen führten zu dem Gedanken, bereits von einem ganz anderen Prinzip auszugehen. Das der Erfindung zugrundeliegende andere Pinzip ist, anstelle der unelastischen Störung solcher Oberflächenwellen im Prinzip das Gegenteil vorzusehen, nämlich elastische Störung solcher Wellen auszunutzen, jedoch mit dem Zusatz, eine solche unerwünschte Oberflächenwelle in eine andere Form zu konvertieren. Vorzugsweise ist dies die Form der Volumenwelle. Das Auftreten von Volumenwellen ist jedoch an sich äußerst unerwünscht und bei der vorliegenden Erfindung sind die Maßnahmen so getroffen, daß die mit der Konversion bewußt erzeugten Volumenwellen im Substratkörper eine solche Richtung bzw. eine solche Ausbreitung annehmen, daß sie für den wirksamen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbereich der Wandler- und/oder Reflektorstrukturen keinen Nachteil hervorrufen können. Insbesondere ist dazu vorgesehen, die in Volumenwellen konvertierten Oberflächenwellen als solche Volumenwellen in einem derartigen Winkel von der Substratoberfläche weggerichtet verlaufen zu lassen, daß diese Volumenwellen insbesondere in den Bereich des unelastisch dämpfenden Klebstoffes gelangen, mit dem der Substratkörper üblicherweise an der Unterlage bzw. im Gehäuse befestigt ist.
  • Der Hinweis auf diesen Klebstoff ist ein nur scheinbarer Widerspruch zu den obigen Ausführungen zu dem organischen Material eines Sumpfes. Solches den Substratkörper mit der Unterlage verbindendes Klebstoffmaterial befindet sich zum einen ausschließlich auf der Rückseite des Substratkörpers. Nahezu das gesamte Klebstoffmaterial ist durch diese rückseitige Oberfläche des Substratkörpers und die Auflagefläche im Gehäuse diffusionsdicht abgedeckt. Einzig und allein die außerordentlich schmalen Ränder stehen mit der Gehäuse-Innenatmosphäre in direktem Kontakt.
  • Die voranstehenden Ausführungen sind aber kein Widerspruch zu der zu bevorzugenden Ausführungsform, bei der der Substratkörper mittels anderer Verbindung als der Verwendung eines Klebstoffes im Gehäuse gehaltert ist. In einem solchen Falle verläuft die Energie der Volumenwelle in dem Substratkörper und verliert ihre Energie bei vielfachen Reflexionen an dessen Begrenzungsflächen. Auch damit wird das Ziel der Erfindung erreicht.
  • Eine erfindungsgemäß angewendete Konversionsstruktur ist z.B. eine auf der Oberfläche des Substratkörpers, nämlich in den Oberflächenbereichen, in denen das Auftreten von Oberflächenwellen an sich ohnehin unerwünscht ist, erhabene Struktur. Diese Struktur kann z.B. aus auf die Oberfläche aufgebrachtem Material wie Metall, jedoch auch Siliziumdioxid und ähnlicher Stoff, sein. Im Gegensatz dazu können auch vertiefte, z.B. eingeätzte Strukturen als Oberflächenstörung des Substratkörpers vorgesehen sein. Vorzugsweise besteht eine solche Konversionsstruktur aus Fingerstreifen, z.B. aus Metall, wie sie z.B. für Reflektorstrukturen einer Oberflächenwellenanordnung benutzt werden. Im wesentlichen läßt man solche Streifen orthogonal oder schräg zur Wellenausbreitungsrichtung der Oberflächenweilen in der Wandler- und/oder Reflektorstruktur verlaufen. Solche Streifen können auch gekrümmt sein. Es bedarf auch nicht zwingend eines durchgehenden Streifens. Vielmehr können die einzelnen Streifen Unterbrechungen aufweisen, so daß solche Streifen z.B. in dots aufgelöste linienförmige Strukturen sind. Die Streifen selbst können äquidistant, periodisch verteilt und/oder gemäß einer Zufallsverteilung verteilt angeordnet sein. Äquidistante Verteilung ist leicht übersichtlich. Periodische Verteilung hat den Vorzug der Übersichtlichkeit eines erfaßten Frequenzbereiches zu bieten. Zufallsverteilung begünstigt die Vermeidung von unerwünschterweise auftretenden singulären Stellen.
  • Zum Begriff einer "Konversionsstruktur" ist noch die Druckschrift US-A-4 268 808 zu erwähnen. Die dort beschriebene, mit akustischen Wellen arbeitende Anordnung verwendet Konversionsstrukturen zur Umwandlung von Oberflächenwellen in im Volumen des Substrats laufende BAW-plate mode-Wellen und zur Rückumwandlung dieser Wellen in Oberflächenwellen. Die für das Filter dieser Druckschrift verwendeten Konversionsstrukturen sind jedoch für die Filterfunktion notwendige Bestandteile dieser Anordnung, das heißt ohne diese Strukturen ist das Filter der US-A-4 268 808 in keiner Weise mehr bestimmungsgemäß funktionsfähig. Die Konversionsstrukturen müssen dort notwendigerweise im Weg der akustischen Wellen des Filter zwischen dem (Oberflächenwellen-)Eingangswandler und dem Ausgangswandler angeordnet sein. Bei der Erfindung darf dies jedoch gerade nicht der Fall sein, sondern die erfindungsgemäß jeweils verwendete Konversionsstruktur muß erstens außerhalb des gegenseitigen Wirkungsbereichs von Eingangswandler und Ausgangswandler, nämlich in einem solchen Bereich des Substrats angeordnet sein, in dem das Auftreten der (funktionswesentlichen) Oberflächenwellen unerwünscht ist, und darf zweitens nur für solche Oberflächenwellenanteile wirksam sein, die ansonsten durch einen Sumpf oder dergleichen als unerwünscht zu eliminieren sind.
  • Weitere Erläuterungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu Figuren für Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor.
  • Nach weiterer Erläuterung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu Figuren vier Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor.
    • Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oberflächenwellenanordnung mit einer ersten Art einer Konversionsstruktur,
    • Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform mit einer zweiten Art einer Konversionsstruktur,
    • Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform mit einer dritten Art einer Konversionsstruktur und
    • Figur 4 zeigt eine Prinzipdarstellung zur weiteren Erläuterung.
  • In Figur 1 ist mit 2 der übliche Substratkörper einer Oberflächenwellenanordnung bezeichnet. Dieser Substratkörper 2 besitzt die seitlichen Flächen 3 und 4 und die wie üblich abgeschrägt ausgebildete endständige Stirnfläche 5. Von diesen Flächen 3, 4 und 5 sind jeweils nur die Kanten am Rande der Oberfläche des Substratkörpers 2 in der Aufsicht der Figur 1 zu sehen. Mit 11 ist eine auf dem Substratkörper vorhandene übliche Wandlerstruktur bezeichnet, und zwar diejenige Wandlerstruktur, die dem in der Figur 1 dargestellten rechten Ende des Substratkörpers am nächsten ist. Eine in der angegebenen Richtung x aus dem Wandler 11 auf die Stirnfläche 5 zulaufende Oberflächenwelle SAW würde Reflexion an diesem Ende des Substratkörpers 2 erfahren. Durch die Schrägrichtung der Stirnfläche 5 wird zwar der Störeinfluß der Reflexion stark minimiert, jedoch durch Vielfachreflexionen gelangt dennoch ein gewisser Anteil in Richtung x aus dem Wandler 11 ausgetretene Oberflächenwellenenergie in die Oberflächenwellenanordnung wieder zurück.
  • Erfindungsgemäß ist die Konversionsstruktur 12 vorgesehen, die wie dargestellt, streifenförmig ausgeführt ist und aus für die akustische Oberflächenwelle SAW wirksamen Störungen in/auf der Oberfläche des Substratkörpers 2 besteht. Zum Beispiel können diese Streifen 13 Metallisierungsstreifen sein, wie sie auch für die Finger des Wandlers 11 verwendet werden. Es können dies aber auch Streifen 13 aus aufgebrachtem Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und dgl. sein. Anstelle solcher auf der Oberfläche erhabener Strukturen können solche Streifen auch in die Oberfläche des Substratkörpers 2 eingeätzte Rillen, Gräben oder dgl. sein. Eine solche Konversionsstruktur 12 besteht aus einer Vielzahl benachbart im Abstand voneinander, nebeneinander verlaufender Streifen, obwohl in der Figur 1 nur eine Anzahl solcher Streifen dargestellt sind. Mit 113 ist eine besondere Streifenform angedeutet, die aus derart in Längsrichtung unterbrochenen Streifen besteht, daß solche Streifen in wie dargestellten Folgen von dots aufgelöst ist. Insbesondere können diese dots in Richtung der Streifen, und zwar benachbarte Streifen miteinander verglichen, gegeneinander verteilt angeordnet sein.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 1 sind die Streifen 13, 113 im wesentlichen orthogonal zur Ausbreitungsrichtung x der Oberflächenwelle SAW ausgerichtet.
  • Die Figur 2 zeigt eine der Figur 1 ähnliche Ausführungsform mit Bezugszeichen, die soweit sie schon zur Figur 1 beschrieben sind, auch in Figur 2 die gleiche Bedeutung haben. Die Konversionsstruktur 22 besteht bei der Ausführungsform nach Figur 2 aus Streifen 13, die hier jedoch schräg zur Wellenausbreitungsrichtung x orientiert sind. Auch für die Ausführungsform nach Figur 2 können diese Streifen durch dot-Folgen 113 realisiert sein.
  • Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform mit gekrümmt ausgeführten Streifen 213 der Konversionsstruktur 32. Auch die Konversionsstruktur 32 kann aus jeweiligen dot-Folgen bestehen, wie dies bereits zu den vorangehenden Ausführungsformen erläutert ist.
  • Die Figur 4 dient dazu, dem Fachmann die Dimensionierung einer erfindungsgemäß vorgesehenen Konversionsstruktur zu erleichtern.
  • Die Figur 4 ist eine Seitenansicht, in der die erhabenen Streifen 13, z.B. Metallisierungsstreifen, im Querschnitt dargestellt sind. Zwei Finger 111 der Wandlerstruktur 11 sind zusätzlich dargestellt.
  • Eine aus dem Wandler 11 in der Oberfläche in Richtung x verlaufende Oberflächenwelle SAW wird durch die Streifen 13 der Konversionsstruktur 12 gestört. Man kann sich diese Störung so vorstellen, daß an jeweils einer Kante H eines jeden Streifens 13 eine Zylinderwelle in den den unteren Halbraum bildenden Substratkörper 2 ausgesandt wird. Aufgrund der Längserstreckung der Streifen 13 ergibt sich eine Zylindersymmetrie für eine solche Wellenerzeugung. Eine solche Wellenerzeugung erfolgt an jedem einzelnen Streifen 13. Bei angenommen äquidistanter Periodizität P der Anordnung der Streifen 13 auf der Oberfläche des Substratkörpers 2 ergibt sich ein Interferenzverhalten der an den Kanten der jeweiligen Streifen 13 gestörten Oberflächenwelle, so daß eine Welle entsteht, die durch den Vektor vß repräsentiert ist. Bei einer solchen mit 40 angedeuteten Welle handelt es sich um eine Volumenwelle im Substratkörper 2, die von der Oberflächenwelle SAW, nämlich wegen des Vorhandenseins dieser Oberflächenstörungen, erzeugt worden ist. Die Energie dieser Volumenwelle 40 rührt aus der Energie der SAW-Welle her, so daß die SAW-Welle entsprechend der erfindungsgemäß vorgesehenen Konversion zum Verschwinden gebracht werden kann.
  • Man sieht, daß in den von den Konversionsstrukturen 12, 22, 32 eingenommenen Bereichen, in denen bei der jeweiligen Oberflächenwellenanordnung das Auftreten einer Oberflächenwelle SAW an sich unerwünscht ist, die Energie dieser Oberflächenwelle erfindungsgemäß in die Energie einer Volumenwelle transformiert wird. Entsprechend dem bei der Erfindung genutzten Interferenzprinzip erhält man optimale Konversion dann, wenn die Abmessung der Periodizität P angepaßt ist. Hierfür ist die nachfolgende Gleichung
    Figure imgb0001
    die Basis, worin f die jeweils unteren Frequenzgrenze des vorgesehenen Übertragungsbandes der betreffenden Oberflächenwellenanordnung ist, worin VSAW die Geschwindigkeit der Oberflächenwelle SAW im Material des Substratkörpers ist und v* eine Geschwindigkeit der Volumenwelle ist, und zwar als Vmax desjenigen Wellenmodes, der die höchste Schallgeschwindigkeit im Material des Substratkörpers 2 hat oder als VBAW, nämlich der Geschwindigkeit der langsamsten Volumenwelle (Bulk Acoustic Wave), die maßgeblich zur Oberflächenwelle SAW beiträgt. Wird in der Anordnung als Oberflächenwelle eine Rayleigh-Welle angeregt, so ist für die Geschwindigkeit VBAW der Geschwindigkeitswert der vertikal polarisierten (Quasi-) Scherwelle einzusetzen. Ist die angeregte Oberflächenwelle eine horizontal polarisierte Oberflächenscherwelle, so ist für die Geschwindigkeit VBAW der Geschwindigkeitswert der horizontal polarisierten Volumenscherwelle einzusetzen. Eine mit der Geschwindigkeit VBAW bemessene, erfindungsgemäß verwendete Konversionsstruktur ermöglicht, maximale Dämpfung pro Wellenlänge bzw. optimale Vermeidung des Auftretens ansonsten an den Kanten des Substratkörpers reflektierter Oberflächenwellen zu erreichen. Mit einer mit Vmax dimensionierten Konversionsstruktur der Erfindung erreicht man zwar nicht ganz die optimalen Dämpfungswerte, diese Konversionsstruktur ist dafür aber in sich reflexionsärmer.
  • Für schräggestellte Streifen der Konversionsstruktur, nämlich wie sie bei einer Ausführungsform nach Figur 2 vorgesehen sind, ist die Bemessung des wie in Figur 1 in Richtung der Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung gemessenen Abstandes entsprechend dem Winkel α zwischen der Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung x und der normalen Richtung der schräggestellten Streifen der Konversionsstruktur zu transponieren, so daß sich ergibt p . cos α = p'
    Figure imgb0002
     . Damit ergibt sich entsprechend die transponierte Gleichung
    Figure imgb0003
    mit V* = V BAW bzw. = V max .
    Figure imgb0004
  • Der in dieser Gleichung enthaltene Korrekturfaktor ergibt sich aus der vektoriellen Addition des Wellenzahlvektors kSAW (der proportional der reziproken Geschwindigkeit 1/VSAW ist) und dem Wellenzahlvektor k der betreffenden Volumenwelle. Der Vektor kSAW hat weiterhin die Richtung der Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung x. Diese Addition hat die Vektorsumme
    Figure imgb0005
    worin die Vektorrichtung für kGo gleich der zu den nach Figur 3 mit Winkel α schräggestellten Streifen orthogonalen Richtung ist. Es ergibt sich daraus folgend der Korrekturfaktor
    Figure imgb0006
    der für α gleich 0 ebenso wie cos α den Wert gleich 1 hat und der für kleinere Winkel insbesondere dann unbeachtet bleiben kann, wenn man sich hinsichtlich der Bemessung für p mit "kleiner" dem Optimum bei "gleich" nicht besonders genähert hat.
  • Die Figur 4 zeigt wie eine Volumenwelle 40 im Winkel β zur Oberfläche durch den Substratkörper 2 zu der unteren Oberfläche 41 des an sich relativ dünnen Substratkörpers 2 gelangt. Von dort kann ein Energieanteil der Volumenwelle 40 in die Klebstoffschicht 42 gelangen, mit der der Substratkörper 2 auf der Unterlage 43 des Gehäuses angeklebt ist. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist, äquidistante Abmessung P vorzusehen. Wie gesagt handelt es sich dabei um eine Struktur 12, die unter Berücksichtigung des Winkels β der Periodizität der Wellenausbreitung der Volumenwelle 40 entspricht, und zwar der Welle 40 mit derjenigen Frequenz f, die durch die SAW-Welle der Wandlerstruktur 11 vorgegeben ist.
  • Es kann von Vorteil sein, anstelle äquidistanter Abmessung P hierfür solche Werte zu nehmen, die zwar nahe dem Wert P liegen, die aber einer periodischen Verteilung entsprechen, die um den errechneten Wert P herum liegen. Es handelt sich sozusagen um eine Modulation des errechneten Wertes p. Von Bedeutung ist eine solche Maßnahme insbesondere für breitbandigere Oberflächenwellenanordnungen. Anstelle einer periodischen Verteilung einer solchen "Modulation" können die Werte P ± dP auch gemäß einer Zufallsverteilung verteilt sein.

Claims (14)

  1. Oberflächenwellenanordnung
    mit einem piezoelektrischen Substratkörper (2), der mit seiner einen Oberfläche mittels einer Klebstoffschicht (42) an einer Unterlage angeklebt ist,
    mit auf der zweiten Oberfläche dieses Substratkörpers (2) vorgesehenen wenigstens zwei aus Fingerstreifen bestehenden Wandlern zur Erzeugung von Oberflächenwellen eines vorgegebenen Typs und ggf. wenigstens einer aus Reflektorstreifen bestehenden Reflektorstruktur, die auf den Erhalt des vorgegebenen Wellentyps abgestimmt ist, wobei die Wandler die Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung (x) bestimmen, und
    mit dazu weiterer Maßnahme zur Vermeidung des Auftretens ansonsten an den betreffenden Kanten des Substratkörpers reflektierter Oberflächenwellen,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß als solche weitere Maßnahme eine den erzeugten vorgegebenen Wellentyp umwandelnde Konversionsstruktur (12, 22, 32) vorgesehen ist, die, gesehen in Richtung der Wellen-Hauptausbreitungsrichtung (x), in einem solchen Bereich dieser zweiten Oberfläche des Substratkörpers angeordnet ist, in dem das Auftreten einer Oberflächenwelle unerwünscht ist, wobei diese Konversionsstruktur (12, 22, 32) als für akustische Wellen wirksame Störung aus einer Anzahl in/auf der Oberfläche des Substratkörpers (2) vorgesehenen, benachbart im Abstand (P) voneinander nebeneinander verlaufenden Streifen (13, 113) besteht und, gemessen in der Wellen-Hauptausbreitungsrichtung, die Periodizität (P) der Streifen (13, 113, 213) entsprechend der Gleichung bemessen ist:
    Figure imgb0007
     worin f die jeweils untere Frequenzgrenze des vorgesehenen Übertragungsbandes der betreffenden Oberflächenwellenanordnung ist, worin VSAW die Geschwindigkeit der Oberflächenwelle (SAW) des vorgegebenen Wellentyps im Material des Substratkörpers (2) ist und V* die Geschwindigkeit (Vmax) derjenigen durch Umwandlung entstandenen Volumenwelle ist, die die Volumenwelle desjenigen Wellenmodes ist, der die höchste Schallgeschwindigkeit (Vmax) im Material des Substratkörpers (2) hat, oder die Geschwindigkeit (VBAW) derjenigen durch Umwandlung entstandenen Volumenwelle ist, die die langsamste der Volumenwellen ist, die maßgeblich zur Oberflächenwelle (SAW) des vorgegebenen Wellentyps beiträgt, so daß die aus unerwünschterweise auftretenden Oberflächenwellen in der Konversionsstruktur (12) erzeugten Volumenwellen (40) in den Bereich des unelastisch dämpfenden Klebstoffs (42) gelangen.
  2. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß bei Anregung einer Oberflächenwelle (SAW) des Typs Rayleigh-Welle die Geschwindigkeit (VBAW) die Geschwindigkeit der vertikal polarisierten (Quasi-) Scherwelle ist.
  3. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß bei Anregung einer Oberflächenwelle (SAW) des Typs Rayleigh-Welle die Geschwindigkeit (VBAW) die Geschwindigkeit der horizontal polarisierten Volumenscherwelle ist.
  4. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Konversionsstruktur (12, 22, 32) aus auf die Oberfläche des Substratkörpers strukturiert aufgebrachtem Material besteht.
  5. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 4,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß dieses Material elektrisch nichtleitend ist.
  6. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß dieses Material ein Metalloxid ist.
  7. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 4,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß das Material Metall ist.
  8. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1, oder 3,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Konversionsstruktur eine in die Oberfläche eingearbeitete, vertiefte Struktur ist.
  9. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 8,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die vertiefte Struktur eine Ätzstruktur ist.
  10. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Streifen im wesentlichen orthogonal zur Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung der Wandler- und/oder Reflektorstruktur ausgerichtet sind.
  11. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Streifen im wesentlichen schräg zur Wellen-Hauptfortpflanzungsrichtung der Wandler- und/oder Reflektorstruktur ausgerichtet sind.
  12. Oberflächenwellenordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Streifen (213) gekrümmt verlaufende Form besitzen.
  13. Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Streifen (113) Unterbrechungen haben, so daß in Streifenrichtung aufeinanderfolgend dots vorhanden sind.
  14. Oberflächenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    gekennzeichnet dadurch,
    daß die Streifen äquidistant zueinander angeordnet sind.
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